Хрупкий износ

Хрупкому износу подвергаются твердосплавные инструменты, алмазы, минералокерамика, керметы. Вследствие неравномерного строения, твердости, зернистости, вследствие вибраций в процессе резания часто происходит выкрашивание, осыпание лезвия. Хрупко­му износу может способствовать истирание связки. Хрупкий износ проявляется главным образом в зоне низких скоростей резания.

В заключение можно отметить, что в действительности мы наблюдаем суммарный износ инструмента, и разграничить доли каждого износа довольно трудно. Измерение износа проводится по передней и задней граням с помощью измерительных луп и инструментальных микроскопов.

4.3. Понятие о стойкости режущих инструментов

4.3.1. График износа за время работы инструмента

Изображение закономерности нарастания износа за время работы инструмента называют кривой или графиком износа. Характерные кривые износа задней поверхности инструмента представлены на рис. 104.

Если инструмент изнашивается одновременно по передней и задней поверхностям, то кривая износа задней поверхности (рис. 104, а) состоит из трех более или менее отчетливо выраженных участков. Участок кривой износа ОА соответствует периоду приработки инструмента. На этом участке происходит интенсивное нарастание износа h_з. При дальнейшей работе инструмента нарастание износа замедляется, так как это связано с уменьшением контактных касательных напряжений на площадке износа по мере увеличения ее размеров. Участок кривой АВ – участок, соответствующий периоду нормального изнашивания инструмента. По достижении некоторой величины В износ начинает резко расти и кривая износа идет круто вверх. Участок кривой за точкой В соответствует периоду катастрофического износа инструмента. В этом периоде износ нарастает настолько быстро, что если не прекратить дальнейшую работу, то это может привести к чрезмерно большому износу задней поверхности, при котором резко сократится число переточек, допуска­емых инструментом, и увеличится время, затрачиваемое на переточку. Поэтому рациональная эксплуатация инструмента исключает работу в периоде катастрофического изнашивания. По мере износа инструмента в ряде случаев наблюдается рост температуры в зоне резания. При обработке фасонным инструментом по мере износа может теряться профиль.

а б в

г

Рис. 104. Кривые износа инструмента: по передней поверхности (а, б); только по задней поверхности (в); классический вид кривой износа (г)

При средних значениях скоростей резания период нормального изнашивания составляет 85…90 % периода стойкости инструмента. По мере увеличения скорости резания период нормального изнаши­вания сокращается и при очень высоких скоростях резания становится настолько малым, что после периода приработки почти сразу насту­пает период катастрофического изнашивания. Геометрические пара­метры инструмента должны быть такими, чтобы максимально увеличить период нормального изнашивания и сократить или полностью устранить период приработки.

При изнашивании инструмента преимущественно по задней поверх­ности, когда износ передней поверхности незначителен, кривая износа (см. рис. 104, б) вогнута относительно оси абсцисс. В этом случае период приработки отсутствует и на участке АВ кривой износа, соответству­ющем периоду нормального изнашивания, износ вначале медленно, а затем более быстро возрастает до точки В – начала периода катастро­фического изнашивания.

Если инструмент изнашивается только по задней поверхности, то кривая износа имеет вид, изображенный на рис. 104, в. После периода приработки период нормального изнашивания продол­жается значительно дольше, чем в первых двух случаях. Период нормального изнашивания в последнем случае настолько велик, что, как правило, работу инструмента прекращают еще до перехода в период катаст­рофического изнашивания. На рис. 105, а изображена схема износа передней поверхности ин­струмента. Образовавшаяся на передней поверхности лунка износа характеризуется шириной l_л, длиной b_л и глубиной h_л. По мере работы инструмента первые следы износа появляются в точке, соответствую­щей максимальной  температуре передней поверхности. Ширина и глубина лунки постепенно увеличиваются, а радиус кривиз­ны кривой, очерчи­вающей дно лунки, уменьшается. Одновременно сокращается перемычка f от края лунки до главного лезвия. Центр кри­визны лунки по мере изнашивания передней поверхности отодвигается от главного лезвия, а поэтому по ширине лунка от главного лезвия  удаляется значительно быстрее, чем приближается к нему. Пере­мычка f между главным лезвием и краем лунки имеется только в том случае, когда на передней поверхности образуется хорошо развитый и устой­чивый нарост, отодвигающий стружку от глав­ного лезвия инструмен­та. Когда нароста нет или он настолько мал, что не может оказать защитного действия по отноше­нию к инст­рументу, то перемычка отсутствует и лунка полностью не форми­руется.

а б

Рис. 105. Схема износа передней поверхности (а) и изменения размеров лунки во времени (б)

Изменение размеров лунки по мере изнашивания передней поверх­ности изображено на рис. 105, б. Длина b_л лунки, равная рабочей длине главного лезвия, за все время работы инструмента остается одинаковой. Глубина h_л лунки вначале возрастает быстро, затем ее рост замедляется и только после определенного периода работы инструмента вновь интенсивно возрастает. Таким образом, на кривой, характеризующей рост глубины лунки, наблюдаются периоды прира­ботки, нормального и катастрофического изнашивания. Ширина l_л лунки, как и ее глубина, вначале возрастает быстро, а затем ее рост замедляется. Перемычка f, если она имеется, интенсивно умень­шается при быстром росте ширины лунки. Когда же темп роста ширины лунки замедляется, то замедляется и уменьшение перемычки.

Величина износа передней и задней поверхностей инструмента (ширина площадки износа и глубина лунки) зависит от времени работы инструмента, температуры резания и скоростей перемещения поверхности резания и стружки относительно задней и передней поверхностей. В результате обработки опытных данных, полученных при изучении влияния времени Т работы инструмента, глубины резания, подачи и скорости резания на ширину площадки износа и глубину лунки износа, были составлены эмпирические формулы, описывающие связь между величиной износа h и факторами режима резания для периода Т нормального изнашивания инструмента.

Интенсивность влияния параметров режима резания на величину износа задней поверхности такая же, как и на температуру резания. Пара­метры режима, которые оказывают большее влияние на температуру резания, также сильнее влияют и на износ задней поверхности инстру­мента, и наоборот. Последнее подтверждает, что величина линейного износа инструмента пропорциональна температуре резания.

При нарастании износа может происходить изменение шерохова­тости обрабатываемой поверхности в ту или иную сторону.

С изменением износа меняются и качественные показатели по­верхностного слоя (наклеп, остаточные поверхностные напряжения и шероховатость поверхности.